| 研究課題/領域番号 |
26610112
|
|---|
| 研究機関 | 北陸先端科学技術大学院大学 |
|---|
研究代表者 |
永井 健 北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 助教 (40518932)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| キーワード | アクティブマター / 非線形物理 / 非平衡物理 |
|---|
| 研究実績の概要 |
平成26年度は下記のようにcentrifuge-based droplet shooting device (CDSD) を用いて作成したゲルの自発運動の誘起を試みた。CDSDを用いると濃度構成の異なるいくつかの部位からなるゲルを作成できる。この特性を活かして様々な形状のゲルを作成し、形状に応じた様々な運動様相の実現を目指した。
当初の計画の光吸収による温度場を用いたゲルの運動が困難であったため、過酸化水素水の分解反応及び電場を駆動力として用いた。まず、過酸化水素水の分解反応によるゲルの自発運動を誘起するため、ゲルの中に反応触媒である白金の微粒子を封入した。この時に一部分だけに白金微粒子を封入するとゲル周りに非対称に泡が発生し、ゲルが運動する。この分解反応に駆動されるゲルは公転、自転、直進など形状に応じた運動を起こすことを見出した。次に、電場によってゲルの自発運動を誘起するため、ITOガラス二枚に挟まれた空間にゲルを含む水を封入した。ここに1000Hzほどの周波数を持つ交流電場を印加すると、ゲル周りにinduced-charge electro-osmosis(ICEO)による流れ場が生じる。ポリスチレンの微粒子を用いてICEOによってゲル周りに前後非対称な流れ場が生じることを見出した。CDSDで真球のゲルを作成することは困難であり微小に歪んでいるため流れ場が非対称になると考えられる。PLL-PEGによりITOガラスを修飾し、ゲルのガラスへの吸着を防ぐと、非対称な流れ場によってゲルの自発運動が誘起された。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の予定の高出力レーザーによるゲルの運動は実現できなかったものの、化学反応や電場によるゲルの運動を実現した。特に電場は光同様に制御が容易であり、高出力レーザーの代わりに交流電場を駆動力として用いることで当初の計画通り研究が進められると考えている。上記のように化学反応を用いた自発運動に関してはゲル形状を変化させ、様々な運動様相を実現した。電場による運動も形状に大きく依存することがわかっており、平成27年度の前半中にゲルの形状の調整によって様々な対称性を持った自発運動を実現できると期待される。このように駆動力の変更以外は当初の計画通り研究が進んでいる。
|
| 今後の研究の推進方策 |
平成27年度以降はITOガラス二枚に挟まれた空間にゲルを封入し、交流電場を駆動力として用いる。平成27年度はまず様々な形状のゲルを作り、形状とゲルの運動の関連性を明らかにする。次に、当初の計画通りにゲルの数密度を上げ、ゲルの密度やゲル形状を変化させながら、集団運動の相図を描く。この時にGiant number fluctuationや流れ場のエネルギースペクトルの相関に関する冪指数を元に集団運動の相を分類していく。同時にゲルの一部の形状を変化させるなど弱い非一様性がある時の相図のロバスト性も調べる。平成28年度は粒子の形状や対称性を考慮した数理モデルを構築して、集団運動の相図を描く。平成27年度までに得られた結果と数理モデルで得られた結果を比較しながら、形状や対称性で決まる水中遊泳する粒子の集団運動に普遍的な性質を明らかにしていく。
|
